CN113024461B - 一种4-羧基吖啶酮的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于一种4‑羧基吖啶酮的制备方法；包括将2，2′‑亚氨基二苯甲酸与氢型分子筛催化剂在有机溶剂中混合均匀进行反应，充分反应后，固液分离，对所得液体减压回收有机溶剂，即可得到4‑羧基吖啶酮；通过2，2′‑亚氨基二苯甲酸、氢型分子筛催化剂和有机溶剂进行反应，其反应温和、过程简单可控、操作安全，不仅能够实现降低设备要求减少企业投资，还能够实现4‑羧基吖啶酮的大批量生产，且产率能够达到92％以上，产品纯度可达到99.0％。
Description
技术领域
本发明属于有机合成技术领域，具体涉及一种4-羧基吖啶酮的制备方法。
背景技术
4-羧基吖啶酮(式1，又名4-羧基-9-茚酮，CAS：24782-64-7)是制备临床上有用的拓扑异构酶抑制剂的中间体，具有明显的抗癌活性，是抗肿瘤药4-氨甲酰吖啶的重要中间体，有较大应用价值。尽管4-羧基吖啶酮具有很高的应用价值，但现有文献合成方法大多用H3PO4、H2SO4等作催化剂，这类催化剂的大规模使用带来环境、资源等问题，因此寻找新型催化剂，实现4-羧基吖啶酮的绿色合成具有一定的应用价值和现实意义。
发表于J.Med.Chem.2003，46(26)5790-5802的文献报道了以邻氨基苯甲酸甲酯为原料的合成方法，该文献报道的制备流程相对繁琐，时间长且产率低。
现有技术中公开了很多4-羧基吖啶酮的制备方案，但主要存在着下列缺陷：1、制备流程繁琐，且制备过程中对于反应温度、反应时间以及反应压力等要求过高，不适用于工业化的推广应用；2、由于制备流程繁琐以及对相关参数要求过高，造成对设备的要求过高，且企业投资成本大；3、产率过低，且存在着大量的废液，其制备过程中的安全无法保障，且在后续过程中存在着环境污染的问题；4、部分反应中采用的催化剂无法重复使用，不仅造成资源浪费且提高了企业的运行成本，并且需要为后期废催化剂制定相应的处理方案，无疑延长了4-羧基吖啶酮的制备工序。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，提供一种制备流程简单可控、反应条件温和、操作简便安全、可以有效降低企业投资运行成本、污染小、适用于工业化推广应用，且能够在有效提高反应速率和提高收率的同时实现催化剂重复使用的4-羧基吖啶酮的制备方法。
本发明的目的是这样实现的：
一种4-羧基吖啶酮的制备方法，包括将2，2′-亚氨基二苯甲酸与氢型分子筛催化剂在有机溶剂中混合均匀进行反应，充分反应后，固液分离，对所得液体减压回收有机溶剂，即可得到4-羧基吖啶酮。
优选的，所述2，2’-亚氨基二苯甲酸与氢型分子筛催化剂的质量比为1∶(0.03～0.09)。
优选的，所述氢型分子筛催化剂选自HMS、HZSM-5或Hβ分子筛中的任一种。
优选的，所述2，2’-亚氨基二苯甲酸与有机溶剂的质量比1∶(1.73～8.66)。
优选的，所述有机溶剂选自甲苯或二甲苯中的任一种。
优选的，所述反应温度为20～50℃，反应时间为2～6h。
优选的，所述充分反应通过TLC确定反应终点。
优选的，所述对所得液体减压回收有机溶剂是指在真空度为0.094MPa的条件下减压回收有机溶剂，并通过蒸馏去残余物、水洗以及干燥工序制得4-羧基吖啶酮。
优选的，所述干燥工序中将水洗的产物放置在真空干燥箱内进行烘干干燥，烘干干燥的温度为70℃，烘干时间为4h。
本发明还提供了一种4-羧基吖啶酮的制备方法，包括向反应器中依次加入Hβ分子筛、2，2’-亚氨基二苯甲酸和甲苯、在温度为20℃下搅拌6h使充分混合反应，通过TLC确定反应终点，反应完毕后过滤，在真空度为0.094MPa的条件下减压回收甲苯，蒸馏除去残余物后用水重结晶，最后在70℃的真空干燥箱中干燥4h制得4-羧基吖啶酮。
本发明中采用氢型分子筛作为催化剂，其不仅能够起到良好的催化作用还可以吸收反应生成的水分，从而实现加快反应速率的目的，同时氢型分子筛可以通过离心分离进行回收，回收后通过再生处理能够达到重复使用的目的，不仅有效降低了企业的运行成本还能够实现环境友好的目的；本发明通过2，2′-亚氨基二苯甲酸、氢型分子筛催化剂和有机溶剂进行反应，其反应温和、过程简单可控、操作安全，不仅能够实现降低设备要求减少企业投资，还能够实现4-羧基吖啶酮的大批量生产，且产率能够达到92％以上，产品纯度可达到99.0％；具有制备流程简单可控、反应条件温和、操作简便安全、可以有效降低企业投资运行成本、污染小、适用于工业化推广应用，且能够在有效提高反应速率和提高收率的同时实现催化剂重复使用的优点。
附图说明
图1为实施例1制得的4-羧基吖啶酮的高效液相色谱图。
具体实施方式
本发明为一种4-羧基吖啶酮的制备方法，该制备方法包括将2，2′-亚氨基二苯甲酸与氢型分子筛催化剂在有机溶剂中混合均匀进行反应，充分反应后，固液分离，对所得液体减压回收有机溶剂，即可得到4-羧基吖啶酮。
进一步的，所述2，2’-亚氨基二苯甲酸与氢型分子筛催化剂的质量比为1∶(0.03～0.09)。
进一步的，所述氢型分子筛催化剂选自HMS、HZSM-5或Hβ分子筛中的任一种。
进一步的，所述2，2’-亚氨基二苯甲酸与有机溶剂的质量比1∶(1.73～8.66)。
进一步的，所述有机溶剂选自甲苯或二甲苯中的任一种。
进一步的，所述反应温度为20～50℃，反应时间为2～6h。
进一步的，所述充分反应通过TLC确定反应终点。
进一步的，所述对所得液体减压回收有机溶剂是指在真空度为0.094MPa的条件下减压回收有机溶剂，并通过蒸馏去残余物、水洗以及干燥工序制得4-羧基吖啶酮。
进一步的，所述干燥工序中将水洗的产物放置在真空干燥箱内进行烘干干燥，烘干干燥的温度为70℃，烘干时间为4h。
进一步的，本发明还提供了一种4-羧基吖啶酮的制备方法，所述制备方法包括向反应器中依次加入Hβ分子筛、2，2’-亚氨基二苯甲酸和甲苯、在温度为20℃下搅拌6h使充分混合反应，通过TLC确定反应终点，反应完毕后过滤，在真空度为0.094MPa的条件下减压回收甲苯，蒸馏除去残余物后用水重结晶，最后在70℃的真空干燥箱中干燥4h制得4-羧基吖啶酮。
本发明通过使用氢型分子筛作为催化剂，根据其具有较强的酸性位点以达到促进反应进行的目的，同时该类型的催化剂能够吸收反应生成的水分不仅能够提高整体的反应速率，还具有回收和再生方便的特点，其重复利用能够降低企业的运行成本以及达到环境友好的目的；同时由本发明中的2，2’-亚氨基二苯甲酸与氢型分子筛催化剂的质量比可知，其氢型分子筛催化剂的使用量较小，在降低企业运行成本的同时便于后续工艺中对产物和催化剂的回收，并且为提高产率和产物的纯度奠定了基础；进一步的，通过选取甲苯或二甲苯作为有机溶剂，不仅方便易得，还能够较好的溶解反应产物，且能够在前期使原料和催化剂与有机溶剂实现充分混合，为后期的充分反应奠定了基础。通过上述原料、催化剂以及有机溶剂能够实现反应温和，避免出现高温操作等缺陷，同时其能够实现产率能够达到92％以上，产品纯度达到95.4％以上。
为了更加清楚的解释本发明，现结合具体实施例对其进行进一步说明。具体的实施例如下：
实施例一
本发明的一种4-羧基吖啶酮的制备方法，其合成路线如下所示：
具体采用如下步骤进行制备：向反应器中依次加入82.4g HMS分子筛(硅铝比为15)，2，2’-亚氨基二苯甲酸(1.03kg，4mol)和10.3L甲苯，在50℃下搅拌2h使充分混合反应，TLC确定反应终点，反应完毕后过滤，然后在真空度为0.094MPa的条件下减压回收甲苯，蒸馏除去残余物后用水重结晶，最后在70℃的真空干燥箱中干燥4h制得4-羧基吖啶酮0.94kg，纯度为98.3％(由图1可知)，收率为96.6％。对本实施例制得的4-羧基吖啶酮进行表征，1H NMR(400MHz，DMSO-d6)δ7.25-7.35(m，2H)，7.71-7.76(m，2H)，8.19(d，1H)，8.40(d，1H)，8.47(d，1H)，11.91(s，1H)。
原料收率的检测方法：采用高效液相色谱法进行纯度检测，主峰位置与标准品出峰时间一致，紫外检测器，流速0.9mL/min，甲醇溶液做流动相。其中，收率的计算公式如下：
其计算结果如下：
实施例二
本发明的一种4-羧基吖啶酮的制备方法，其合成路线如下所示：
具体采用如下步骤进行制备：向反应器中依次加入30.9g HMS分子筛(硅铝比为15)，2，2’-亚氨基二苯甲酸(1.03kg，4mol)和2.06L甲苯，在20℃下搅拌6h使充分混合反应，TLC确定反应终点，反应完毕后过滤，在真空度为0.094MPa的条件下减压回收甲苯，蒸馏除去残余物后用水重结晶，最后在70℃的真空干燥箱中干燥4h制得4-羧基吖啶酮0.94kg，纯度为95.4％，收率为93.7％(其收率参考实施例一中的计算公式)。对本实施例制得的4-羧基吖啶酮进行表征，1H NMR(400MHz，DMSO-d6)δ7.25-7.35(m，2H)，7.71-7.76(m，2H)，8.19(d，1H)，8.40(d，1H)，8.47(d，1H)，11.91(s，1H)。
实施例三
本发明的一种4-羧基吖啶酮的制备方法，其合成路线如下所示：
具体采用如下步骤进行制备：向反应器中依次加入51.5g HMS分子筛(硅铝比为20)，2，2’-亚氨基二苯甲酸(1.03kg，4mol)和5.15L二甲苯，在30℃下搅拌4.5h使充分混合反应，TLC确定反应终点，反应完毕后过滤，然后在真空度为0.094MPa的条件下减压回收二甲苯，蒸馏除去残余物后用水重结晶，最后在70℃的真空干燥箱中干燥4h制得4-羧基吖啶酮0.94kg，纯度为96.3％，收率为95.0％(其收率参考实施例一中的计算公式)。对本实施例制得的4-羧基吖啶酮进行表征，1H NMR(400MHz，DMSO-d6)δ7.25-7.35(m，2H)，7.71-7.76(m，2H)，8.19(d，1H)，8.40(d，1H)，8.47(d，1H)，11.91(s，1H)。
实施例四
本发明的一种4-羧基吖啶酮的制备方法，其合成路线如下所示：
具体采用如下步骤进行制备：向反应器中依次加入30.9g HZSM-5分子筛(硅铝比为25)，2，2’-亚氨基二苯甲酸(1.03kg，4mol)和3.0L甲苯，在20℃下搅拌6h使充分混合反应，TLC确定反应终点，反应完毕后过滤，然后在真空度为0.094MPa的条件下减压回收甲苯，蒸馏除去残余物后用水重结晶，最后在70℃的真空干燥箱中干燥4h制得4-羧基吖啶酮0.89kg，纯度为99.0％，收率为92.5％(其收率参考实施例一中的计算公式)。对本实施例制得的4-羧基吖啶酮进行表征，1H NMR(400MHz，DMSO-d6)δ7.25-7.35(m，2H)，7.71-7.76(m，2H)，8.19(d，1H)，8.40(d，1H)，8.47(d，1H)，11.91(s，1H)。
实施例五
本发明的一种4-羧基吖啶酮的制备方法，其合成路线如下所示：
具体采用如下步骤进行制备：向反应器中依次加入30.9g Hβ分子筛(硅铝比为20)，2，2’-亚氨基二苯甲酸(1.03kg，4mol)和3.0L甲苯，在20℃下搅拌6h使充分混合反应，TLC确定反应终点，反应完毕后过滤，在真空度为0.094MPa的条件下减压回收甲苯，蒸馏除去残余物后用水重结晶，最后在70℃的真空干燥箱中干燥4h制得4-羧基吖啶酮0.97kg，纯度为97.3％，收率为98.7％(其收率参考实施例一中的计算公式)。对本实施例制得的4-羧基吖啶酮进行表征，1H NMR(400MHz，DMSO-d6)δ7.25-7.35(m，2H)，7.71-7.76(m，2H)，8.19(d，1H)，8.40(d，1H)，8.47(d，1H)，11.91(s，1H)。
实施例六
本发明的一种4-羧基吖啶酮的制备方法，其合成路线如下所示：
具体采用如下步骤进行制备：向反应器中依次加入82.4g Hβ分子筛(硅铝比为20)，2，2’-亚氨基二苯甲酸(1.03kg，4mol)和2.06L甲苯，在20℃下搅拌6h使充分混合反应，TLC确定反应终点，反应完毕后过滤，在真空度为0.094MPa的条件下减压回收甲苯，蒸馏除去残余物后用水重结晶，最后在70℃的真空干燥箱中干燥4h制得4-羧基吖啶酮0.967kg，纯度为96.8％，收率为97.8％(其收率参考实施例一中的计算公式)。对本实施例制得的4-羧基吖啶酮进行表征，1H NMR(400MHz，DMSO-d6)δ7.25-7.35(m，2H)，7.71-7.76(m，2H)，8.19(d，1H)，8.40(d，1H)，8.47(d，1H)，11.91(s，1H)。
实施例七
本发明的一种4-羧基吖啶酮的制备方法，其合成路线如下所示：
具体采用如下步骤进行制备：向反应器中依次加入51.5gHβ分子筛(硅铝比为20)，2，2’-亚氨基二苯甲酸(1.03kg，4mol)和10.3L甲苯，在20℃下搅拌6h使充分混合反应，TLC确定反应终点，反应完毕后过滤，在真空度为0.094MPa的条件下减压回收甲苯，蒸馏除去残余物后用水重结晶，最后在70℃的真空干燥箱中干燥4h制得4-羧基吖啶酮0.97kg，纯度为96.5％，收率为98.3％(其收率参考实施例一中的计算公式)。对本实施例制得的4-羧基吖啶酮进行表征，1H NMR(400MHz，DMSO-d6)δ7.25-7.35(m，2H)，7.71-7.76(m，2H)，8.19(d，1H)，8.40(d，1H)，8.47(d，1H)，11.91(s，1H)。
上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普遍技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举，而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造权利要求的保护范围之中。
对比例：
一种4-羧基吖啶酮的制备方法，其合成路线如下所示：
具体采用如下步骤进行制备：将2.57g的2，2′-亚氨基二苯甲酸与75g的多聚磷酸在120℃下混合加热2h，而后将其倾入沸水中，收集析出的固体，过滤，用热水洗涤；将固体溶解在0.5mol·L-1氢氧化钠溶液中并过滤除去不溶物；然后滤液用等体积甲醇稀释，再用冰醋酸酸化；最后将溶液置于4℃下放置12h，析出的固体用热水洗涤，产率为90％。
本发明的对比例以2，2′-亚氨基二苯甲酸为原料，使用多聚磷酸为催化剂，用于制备4-羧基吖啶酮；其与本发明中的实施例相比；首先，使用的催化剂多聚磷酸的质量远大于原料的质量，且多聚磷酸不能回收；其次，上述反应过程中的温度为120℃，在本技术领域中属于高温操作，对操作要求比较高，存在安全隐患；再次，后处理过程中用到有腐蚀性的碱溶液和冰醋酸，同样存在着安全隐患；最后，整个对比例中流程繁琐，同时生产过程中含有较多的多聚磷酸废液，后期处理较为繁杂，且存在着污染环境的风险，其不符合清洁化生产的理念。本发明采用兼具催化和吸水功能的氢型分子筛作为催化剂，其中，原料与分子筛的质量比为1∶(0.03～0.09)，反应温度为20～50℃，原料与分子筛的质量比和反应温度明显低于对比例，且本发明制备的4-羧基吖啶酮的产率在92％以上，高于对比例，本发明的后处理包括减压回收、蒸馏和干燥，不涉及酸碱等具有腐蚀性的溶液；同时，本发明的催化剂可以通过离心分离进行回收，可重复使用，环境友好，有利于实现4-羧基吖啶酮的大批量生产。
Claims (9)
1.一种4-羧基吖啶酮的制备方法，其特征在于：该制备方法包括将2,2’-亚氨基二苯甲酸与氢型分子筛催化剂在有机溶剂中混合均匀进行反应，充分反应后，固液分离，对所得液体减压回收有机溶剂，即可得到4-羧基吖啶酮；其中，所述氢型分子筛催化剂选自HMS、HZSM-5或Hβ分子筛中的任一种。
2.根据权利要求1所述的一种4-羧基吖啶酮的制备方法，其特征在于：所述2,2’-亚氨基二苯甲酸与氢型分子筛催化剂的质量比为1:(0.03～0.09)。
3.根据权利要求1所述的一种4-羧基吖啶酮的制备方法，其特征在于：所述2,2’-亚氨基二苯甲酸与有机溶剂的质量比1:(1.73～8.66)。
4.根据权利要求1或3所述的一种4-羧基吖啶酮的制备方法，其特征在于：所述有机溶剂选自甲苯或二甲苯中的任一种。
5.根据权利要求1所述的一种4-羧基吖啶酮的制备方法，其特征在于：所述反应温度为20～50℃，反应时间为2～6h。
6.根据权利要求1所述的一种4-羧基吖啶酮的制备方法，其特征在于：所述充分反应通过TLC确定反应终点。
7.根据权利要求1所述的一种4-羧基吖啶酮的制备方法，其特征在于：所述对所得液体减压回收有机溶剂是指在真空度为0.094MPa的条件下减压回收有机溶剂，并通过蒸馏去残余物、水洗以及干燥工序制得4-羧基吖啶酮。
8.根据权利要求7所述的一种4-羧基吖啶酮的制备方法，其特征在于：所述干燥工序中将水洗的产物放置在真空干燥箱内进行烘干干燥，烘干干燥的温度为70℃，烘干时间为4h。
9.根据权利要求1所述的一种4-羧基吖啶酮的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括向反应器中依次加入Hβ分子筛、2,2’-亚氨基二苯甲酸和甲苯、在温度为20℃下搅拌6h使充分混合反应，通过TLC确定反应终点，反应完毕后过滤，在真空度为0.094MPa的条件下减压回收甲苯，蒸馏除去残余物后用水重结晶，最后在70℃的真空干燥箱中干燥4h制得4-羧基吖啶酮。
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